CN103956715A - 一种可用于距离ⅱ段保护整定简化的区域式后备保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可用于距离Ⅱ段保护整定简化的区域式后备保护方法。现有的距离Ⅱ段保护整定方法计算量大，计算困难。本发明根据被保护线路的阻抗值，仅按照灵敏性要求计算距离Ⅱ段保护整定值。其次收集相邻变电站距离保护的启动信息。然后计算区域式后备保护判据结果。最后根据判据结果决定保护动作，实现故障的正确切除。本发明降低了距离Ⅱ段保护的整定难度，减轻工作量，并对距离Ⅱ段保护的速动性有所改善。

Description

一种可用于距离Ⅱ段保护整定简化的区域式后备保护方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体是涉及一种可用于距离Ⅱ段保护整定简化的区域式后备保护方法。

背景技术

随着经济的快速发展，电网规模不断扩大，电网结构和运行方式日趋复杂，由此造成传统后备保护定值越来越难整定，不仅动作时间被延长，无法实现上下级配合的情况也越来越多。另一方面，电网的发展对后备保护正确动作的要求越来越高。因此，改善后备保护性能的研究刻不容缓。

近年来，继电保护研究者们将研究焦点集中在广域保护上，希望通过广域信息的引入来改进后备保护性能。目前提出的广域保护原理主要是通过快速收集广域信息，并利用网络通信进行多点综合比较判断，将电流差动保护和方向比较式保护的功能推广到后备保护中，实现快速、灵敏的后备保护功能，克服现有后备保护的不足。通信是广域继电保护系统功能实现的基础，一旦通信系统故障，将无法完成广域继电保护功能。因此，基于本地信息的传统后备保护即使在将来广域保护实现后仍有配置的必要，由此定值整定困难的问题必须面对。

电力系统对继电保护的“四性”要求中，与继电保护定值密切相关的主要有选择性、速动性和灵敏性。距离Ⅱ段保护作为近后备保护，要求能保护本线路全长，即要求在各种运行方式下本线路末端发生各种类型故障时保护都要有一定的灵敏度。为保证选择性，实现相邻线路故障时应由相邻线路优先切除故障，距离Ⅱ段保护的动作时间要带时延，时延的大小与其延伸的保护范围有关。通常希望距离Ⅱ段定值的保护范围不伸出相邻线路距离Ⅰ段的保护范围，此时动作时间最短，为一个时间阶梯。当选择性与灵敏性要求无法同时满足时，为保证灵敏性，让距离Ⅱ段改为与相邻元件的距离Ⅱ段配合，从而动作时间也要与相邻元件的距离Ⅱ段动作时间配合。以此类推，在某些情况下距离Ⅱ段保护的动作时间过长，无法满足速动性要求。另一方面，为满足选择性要求，与相邻线路配合时需要计算最小分支系数，而当电网结构较为复杂时，最小分支系数的计算较为困难，需要选择不同的运行方式进行大量的计算，才能找出最小分支系数及其相应的配合线路，整定计算的工作量非常大。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可用于距离Ⅱ段保护整定简化的区域式后备保护方法。

距离Ⅱ段保护定值只按灵敏性要求整定，并且时间定值固定，t^II＝Δt。保证了距离Ⅱ段保护的灵敏性和速动性。然后利用相邻变电站距离保护的启动信息，构建区域式后备保护判据，以此来保证距离Ⅱ段保护的选择性，最终实现后备保护选择性、灵敏性、速动性要求的和谐统一。

更进一步，利用本发明的距离Ⅱ段整定方法与区域式后备保护判据，可构成距离保护方案。具体是：根据简化整定计算公式进行距离Ⅱ段保护的整定，故障发生时利用区域式后备保护判据辅助距离保护动作，实现故障的正确切除。

本发明方法包括以下步骤：

步骤1.计算被保护线路的距离Ⅱ段整定值；具体是：距离Ⅱ段整定值K_sen为灵敏性系数，取1.2，Z_l为被保护线路的阻抗值；距离Ⅱ段动作时间t^II＝Δt，Δt为一个时间阶梯。

步骤2.收集故障时相邻变电站的距离保护中的阻抗元件启动信息；具体是：本侧保护距离Ⅱ段启动信息下级保护距离Ⅲ段启动信息对侧保护距离Ⅱ段启动信息背侧保护距离Ⅲ段启动信息

步骤3.计算区域保护判据结果；具体是区内故障判据

其中，0表示阻抗元件未启动；1表示元件启动；A₁，A₂，A₃为判据计算结果。

步骤4.根据区内故障判据结果决定保护动作，正确切除故障；具体是其中，“动作”指区域式保护向所关注保护所在线路两端(本侧和对侧)的断路器发送跳闸指令，“不动作”指区域式保护不作反应，“闭锁”指区域式保护将本侧Ⅱ段距离保护的出口信号闭锁一个时间级差，相当于Ⅱ段保护的动作延时增加至2Δt。

本发明可以大大简化距离Ⅱ段保护的整定工作，使得各线路的距离Ⅱ段整定相对独立，不再需要考虑与相邻线路的配合、运行方式的选择、分支系数的计算等复杂问题，从而大大降低了距离Ⅱ段的整定难度，减轻工作量，并对距离Ⅱ段的速动性有所改善。区域式后备保护系统通过有限区域内的开关量信息构建判据，不需要数据同步，能有效地与简化整定后的阶段式后备保护相配合，兼顾选择性、灵敏性和速动性的要求，并且3个判据综合，具有很好的冗余性和容错能力。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

本发明包括以下步骤：

步骤1.计算被保护线路的距离Ⅱ段整定值；具体是：距离Ⅱ段整定值K_sen为灵敏性系数，取1.2，Z_l为被保护线路的阻抗值；距离Ⅱ段动作时间t^II＝Δt，Δt为一个时间阶梯。

步骤2.收集故障时相邻变电站的距离保护中的阻抗元件启动信息；具体是：本侧保护距离Ⅱ段启动信息下级保护距离Ⅲ段启动信息对侧保护距离Ⅱ段启动信息背侧保护距离Ⅲ段启动信息

步骤3.计算区域保护判据结果；具体是区内故障判据

其中，0表示阻抗元件未启动；1表示元件启动；A₁，A₂，A₃为判据计算结果。

步骤4.根据区内故障判据结果决定保护动作，正确切除故障；具体是其中，“动作”指区域式保护向所关注保护所在线路两端(本侧和对侧)的断路器发送跳闸指令，“不动作”指区域式保护不作反应，“闭锁”指区域式保护将本侧Ⅱ段距离保护的出口信号闭锁一个时间级差，相当于Ⅱ段保护的动作延时增加至2Δt。

为验证上述可用于距离Ⅱ段保护整定简化的区域式后备保护方法的正确性，以图1所示IEEE RTS-96的单区域24节点系统为例进行仿真验证，其中各线路的阻抗标幺值已在图中示出。线路13-33的距离Ⅱ段整定计算结果如表1所示。其中，K_co.min为传统方法中计算的最小分支系数，Z^II为距离Ⅱ段保护整定值，K_sen为灵敏性系数，t^II为距离Ⅱ段保护动作时间，时间级差Δt取0.5s。

由表1可见，本发明中的距离Ⅱ段保护简化整定方法中，不需要计算分支系数，不需要考虑与相邻线路的配合，线路两侧的保护可以共用同一个整定值，整定难度降低，整定工作量减轻。表1中加粗的数据表示该线路在传统方法中无法直接与相邻线路I段配合，即选择性与灵敏性要求相矛盾。需要改为与下级线路距离Ⅱ段配合，动作时间将延长，如线路20/21、23、27/28、29/30、33；甚至出现与下级线路Ⅱ段也不能配合，属于失配点，如线路16、17、26。

表1传统方法与简化方法的距离Ⅱ段整定结果

为进一步验证本发明中区域式后备保护方法的有效性，以线路26靠近母线22一侧的保护为例进行仿真分析。线路26的阻抗标幺值为0.1062，下级线路25的阻抗标幺值为0.0145，是典型的“长线配短线”情况，按传统方法无法实现配合，属于失配点。假设线路23检修，在线路28距离母线18线路全长的20％处发生三相故障。相关保护的测量阻抗及区域式后备保护的动作情况如表2所示。其中带*号的线路26母线22侧保护测量阻抗为考虑参数测量误差等因素后的阻抗值，原仿真结果为0.1335，在距离Ⅱ段定值范围之外，考虑误差系数为0.9，使其落在距离Ⅱ段定值范围之内，以模拟实际中可能出现的最复杂情况。结果表明，所有保护动作正确。

再进一步，为验证本发明中区域式后备保护方法的容错能力，分别对单个保护信息缺失(可由保护装置失灵、测量装置断线、保护通信模块故障等原因引起)和单个通信通道故障(如某两个变电站之间的信息传输通道损坏)的情况进行分析。假设线路28母线18侧的保护信息缺失，则线路28两侧的区域式后备保护判据结果会受到影响，但仍能正确动作，如表2所示，其余判据结果不变。假设母线18和母线21所在变电站之间通信故障，则线路28两侧的区域式后备保护由于无法与对侧通信而不动作，相比正常情况无法起到加速动作的功能，将由故障线路两侧的距离Ⅱ段保护带固定延时切除故障，但其余保护的判据结果不变，线路26两侧的距离Ⅱ段仍将被闭锁，确保后备保护的选择性。结果表明，单一保护信息的失效将不会影响区域式后备保护对故障位置的判断和切除，局部通信系统失灵也不会影响区域式后备保护的选择性。

表2线路28故障时的保护动作情况

本发明具有较好的容错能力，能够有效应对继电保护系统中测量装置、保护装置、通信系统等单一环节不正常工作的情况。

Claims (1)

1.一种可用于距离Ⅱ段保护整定简化的区域式后备保护方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1.计算被保护线路的距离Ⅱ段整定值；具体是：距离Ⅱ段整定值K_sen为灵敏性系数，Z_l为被保护线路的阻抗值；距离Ⅱ段动作时间t^II＝Δt，Δt为一个时间阶梯；

步骤2.收集故障时相邻变电站的距离保护中的阻抗元件启动信息；具体是：本侧保护距离Ⅱ段启动信息下级保护距离Ⅲ段启动信息对侧保护距离Ⅱ段启动信息背侧保护距离Ⅲ段启动信息

步骤3.计算区域保护判据结果；具体是区内故障判据

其中，0表示阻抗元件未启动；1表示元件启动；A1，A2，A3为判据计算结果；

步骤4.根据区内故障判据结果决定保护动作，正确切除故障；具体是其中，“动作”指区域式保护向所关注保护所在线路两端(本侧和对侧)的断路器发送跳闸指令，“不动作”指区域式保护不作反应，“闭锁”指区域式保护将本侧Ⅱ段距离保护的出口信号闭锁一个时间级差，相当于Ⅱ段保护的动作延时增加至2Δt。